El calentamiento es la acción de transmitir la energía térmica a un objeto, material o al aire ambiente. Se distingue entre calefacción para el confort térmico doméstico (calefacción de espacios, calentamiento de agua , etc. ) y calefacción con fines industriales (calentamiento de piezas mecánicas, procesos industriales , etc. ).
El confort térmico es proporcionado principalmente por la calefacción de los locales y espacios habitables, así como por el calentamiento del agua ( agua caliente sanitaria , incluso el calentamiento del agua de la piscina ).
La calefacción con fines de confort se utiliza para mantener o mejorar las condiciones de un ambiente agradable para los seres vivos, en espacios cerrados que constituyen espacios habitables (edificios, interiores de medios de transporte, piscinas, etc. ). El objetivo de la calefacción es mejorar el confort térmico de un espacio habitable.
Un sistema de calefacción consume energía en una forma y la libera en forma de calor .
Por extensión, el término calefacción también designa a todos los sistemas destinados a asegurar el aumento de temperatura de un salón o de un proceso de fabricación.
La domesticación del fuego por Homo erectus se atestigua desde hace unos -450.000 años, en particular en los sitios de Menez Dregan en Plouhinec en Bretaña , Bilzingsleben en Alemania o Vértesszőlős en Hungría y más recientemente Terra Amata cerca de Niza . Un equipo israelí rastrea los rastros más antiguos de la domesticación del fuego a -790.000 años en el sitio de Gesher Benot Ya'aqov en las orillas del Jordán .
Probablemente se utilizó por primera vez como combustible , la madera , el musgo y otras plantas secas. En caso de escasez o escasez de madera, los excrementos de animales herbívoros podrían reemplazarla (como durante la Revolución Francesa). En China, la minería del carbón se realiza desde tiempos inmemoriales.
En Francia, el uso de la madera sigue siendo bastante general en el XIX ° siglo, pero dado su alto precio del coque y el carbón venir todos los días para una participación mayor en el consumo.
La chimenea es conocida por los romanos que la utilizan en Hypocausts , un invento griego, el primer suelo radiante, donde la chimenea está fuera del edificio y el aire se inyecta bajo el suelo. Se utiliza en los baños termales de Gortyne , Olimpia , Siracusa , desde el 300 a. C. AD para uso doméstico, que no suelen utilizar: hay en sus ruinas de Pompeya y Herculano , la ausencia completa de las chimeneas, lo que demuestra que los pompeyanos como muchos napolitanos, todavía en el XIX ° siglo, hagan uso de la brasero , a veces móviles , los gases se escapan a través de una teja omitida en la cubierta .
Es quizás en latitudes más septentrionales, donde la calefacción tiene más justificación, donde hace su aparición la chimenea de humos. De todos modos, se necesita el XI ° siglo para ver los despiden definitivamente parte de la arquitectura. Las primeras chimeneas usaban solo calor radiante, causaban una demanda considerable de aire frío exterior, solo eliminaban parcialmente el humo y solo podían calentar a las personas ubicadas inmediatamente cerca de la chimenea. La chimenea se irá mejorando progresivamente pero nunca será un elemento calefactor muy eficiente.
En 1619 aparece la primera obra completa sobre estufas publicada por Franz Kessler (de) . Su curioso trabajo indica a partir de ese momento todos los principios de calentamiento utilizados en Alemania.
En 1624 apareció en Francia una obra de Louis Savot en la que vemos el aislamiento de la chimenea contra la pared y el uso de cámaras de calor. Posteriormente se avanzó poco en el diseño de las chimeneas . Los esfuerzos a XIX XX de enfoque siglo en el aislamiento completo de la casa, la multiplicación de las superficies de calentamiento y, especialmente, aquellos de la transmisión, la introducción de aire exterior precalienta en contacto con el humo.
En Francia, muchas casas rurales en los tiempos modernos no tenían una chimenea real, a menudo solo ofrecían a los ocupantes una chimenea simple instalada en el piso de tierra. Si la estufa se usaba con frecuencia en Alemania, seguía siendo menos frecuente en Francia, donde se prefería la chimenea. Esta tendencia se mantuvo hasta el final de la XVIII ª siglo , pero en la víspera de la Revolución , más y más hogares optó por la estufa de calefacción, que tenía la ventaja de no penetrar en la casa de humo olor.
Desde el XVIII ° siglo, la energía de los calentadores de agua aplicaciones de motores de productos en las máquinas de vapor .
En el XIX XX siglo, una casa ordinaria apartamento puede ser determinada por su evacuación circulación de 1 000 800 m 3 de aire por hora y por desgracia esta es la función principal de chimeneas, la ventilación . De hecho, esta evacuación de aire al exterior y, en consecuencia, el enfriamiento de las habitaciones, son tanto más considerables cuanto que la calefacción funciona con más actividad. Rara vez las tomas de aire exterior que se han agregado en sistemas de tuberías más o menos desviadas son suficientes para suministrar combustión y reemplazar el aire que sube por la tubería de humos. Son siempre las puertas y ventanas las que aportan el aire adicional necesario.
El primer calentador eléctrico data de 1912 y está fabricado en Alemania por el fabricante werkstätten bernhard stadler paderborn. Ahora está en exhibición en el Museo Wolfsonian-FIU en Miami.
En 1847, los combustibles utilizados en los hogares de las máquinas de vapor, etc. , son tres: madera , turba y carbón . Por tanto, hay tres combustibles que, sometidos a "carbonización" (de hecho, pirólisis ), dan lugar a tres nuevos combustibles: carbón vegetal , carbón vegetal de turba y carbón duro o coque .
En 1857 , nació la industria petrolera en Rumania , con la primera refinería en Ploieşti . El aceite se utiliza progresivamente en calefacción, ya partir de 1960 el gas natural .
En 1870, los combustibles utilizados para la calefacción (con sus valores caloríficos por kilo) eran hulla ( 8.000 calorías), briquetas de carbón aglomerado ( 8.000 calorías), coque de fábricas de gas ( 7.000 a 7.500 calorías). ), Terrones curtidos (producto residual , una especie de aserrín de la elaboración de cueros curtidos con vegetales y que se utiliza como combustible barato, 5.000 calorías), madera seca ( 3.500 calorías) u ordinaria ( 3.000 calorías), carbón vegetal ( 6.000 calorías), gas de iluminación ( gas de carbón ) ( 6000 calorías por metro cúbico), aceite de petróleo ( 8000 calorías).
El comienzo del XX ° siglo está marcado por el dominio de la tecnología de vapor y las primeras calderas de vapor están equipadas edificios de apartamentos.
En la década de 1910 , aparecieron los primeros calentadores de agua solares en los Estados Unidos y con ellos los primeros sistemas de calefacción solar.
Los sistemas de calefacción central (agua caliente) reemplazarán gradualmente los calentadores que usan vapor.
En los años 1960 , calefacción eléctrica también apareció. Inicialmente consume mucha energía con convectores eléctricos, se está desarrollando rápidamente y los fabricantes están imaginando dispositivos cuya tecnología es cada vez más sofisticada. Este es el caso del calentamiento eléctrico inercial que está inspirado en la naturaleza, el núcleo calefactor (cerámica, hierro fundido, etc.) se calienta y acumula calor. Por tanto, el radiador inercial calienta por radiación al difundir el calor acumulado. A diferencia del convector eléctrico, el calentamiento inercial eléctrico permite calentar de una manera bastante estable.
El choque del petróleo permitirá que las energías renovables, y en particular la solar térmica, se desarrollen con fuerza entre 1973 y 1985.
La escasez y el costo de los combustibles fósiles que son los sistemas de calefacción que incorporan energías libres o renovables como la solar , la geotérmica , son un aspecto notable en el comienzo de nuestro XXI ° siglo . La necesidad de reducir el consumo de contaminantes emisores de energía , y en particular CO 2, está vinculado a la conservación de los recursos del planeta para las generaciones futuras . Aparece entonces la noción de desarrollo sostenible . Francia también está invirtiendo mucho en tecnologías de calefacción; Los fabricantes franceses están invirtiendo, por ejemplo, en el proceso de calentamiento de pellets de madera .
En la década de 2000, la legislación europea tendió a evolucionar para imponer el desarrollo del mercado de distribución de costes de calefacción .
Un sistema de calefacción funciona a partir de energía primaria que puede ser de origen fósil (hablamos de combustibles fósiles como fuel oil , carbón , gas natural , GLP o gas licuado de petróleo ), o que se ha utilizado para producir electricidad (de centrales nucleares , presas hidráulicas , incluso centrales térmicas que funcionan con combustibles fósiles, etc.).
Las energías renovables como la dendroenergía , el sol , la geotermia , etc. también son fuentes que se utilizan para calentar.
Los combustibles se pueden clasificar en combustibles en estado sólido, combustibles líquidos , combustibles gaseosos . Cada estado corresponde a un cierto tipo de almacenamiento y transporte, así como a precauciones especiales contra incendios y sanitarias y tipos específicos de dispositivo de calefacción ( caldera o calentador de agua , quemador , cuerpo de calefacción, etc. )
La energía consumida y contabilizada en la bomba ( bomba de fueloil, metro cúbico, contador de electricidad, contador de gas) se denomina “ energía final ”.
La energía requerida generalmente proviene de diferentes fuentes que se describen a continuación.
Un sistema de calefacción incluye necesariamente:
En el primer caso, el emisor transmite su calor por convección y / o radiación. En el segundo caso, se trata de un ventilador que impulsa el aire a través de una bobina caliente y que transmite el calor al medio ambiente mediante el reciclaje y el movimiento del aire.
Es posible que estos dos elementos se puedan confundir (por ejemplo, una llama es una fuente de calor; también emite directamente este calor en forma de radiación . Otro ejemplo, un convector eléctrico produce y transmite su calor).
Un sistema de calefacción también puede incluir:
La relación entre la temperatura exterior y la temperatura interior viene dada por una curva de calefacción o ley del agua . Algunas instalaciones se regulan mediante una curva de calefacción, que permite definir la temperatura de calefacción a partir de la temperatura exterior. En el caso frecuente en el que el refrigerante es agua, la curva de calentamiento generalmente se denomina ley del agua .
| Ejemplos de curva de calefacción con pendiente 1.9 y 1.8. |
La calefacción de espacios está destinada a garantizar una temperatura y / o comodidad determinadas en un espacio cerrado o abierto. Existen varios sistemas de calefacción:
El fluido caloportador puede ser:
Para seguir los últimos precios de la energía, el Ministerio francés pone a disposición la base de datos Pégase.
En 2009 :
En enero de 2011:
En diciembre de 2013:
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El sistema de calefacción también permite controlar el nivel de humedad del aire en un edificio. Contrariamente a algunas creencias, la humedad del aire no depende del tipo de calefacción instalada, es decir de los tipos de unidades que se utilizan para calentar el aire ambiente como calentadores de vapor, calentadores de agua o calentadores eléctricos, así como materiales que componen las paredes, o que se encuentran en el edificio. Este nivel de humedad depende principalmente de tres fenómenos:
Además, es con esta tasa de renovación y la velocidad a la que se produce este cambio que podemos calcular el volumen de aire exterior que se infiltra en el edificio.
Para asegurar un nivel de humedad constante en el edificio, puede ser útil instalar un sistema de inyección de vapor de agua, ya sea por vaporización o por evaporación o en forma de vapor. Es importante utilizar agua de buena calidad, ya que las impurezas inevitablemente terminarán en el aire ambiente. Por el contrario, para bajar el nivel de humedad interior, se puede incrementar el flujo de ventilación mecánica controlada (CMV) para acelerar la extracción de aire húmedo.
El nivel de humedad ideal también debe definirse de acuerdo con la composición arquitectónica de las paredes y su resistencia térmica, así como la ubicación de las barreras de vapor.
Si se mantiene un nivel de humedad excesivamente alto, se producirá condensación en las paredes frías si su temperatura es igual o inferior a la temperatura del punto de rocío . Esto es lo que a menudo se puede observar en acristalamientos mal aislados (sin revestimiento).
Una humedad demasiado alta también puede ser la causa de la escorrentía de agua, erróneamente tomada como originada por una fuga en un techo, pero que en realidad se debe a la condensación que se produce en el ático o en las paredes. el edificio. Asimismo, en ocasiones se produce condensación en las ventanas de una habitación.
La aparición de hongos en la superficie de una pared exterior también puede deberse a la humedad interna del edificio. Así, conviene cuidar de regular el nivel de humedad del aire contenido en un edificio si queremos resguardarnos de los daños observados en edificios (principalmente rehabilitados) que sus constructores no han equipado según las precauciones para mantener un buen estado de conservación. nivel de humedad adecuado.
La calefacción es una actividad que tiene un impacto ambiental significativo : en 2001, los usos “residencial y terciario” representaron el 20% de las emisiones de gases de efecto invernadero (causa del calentamiento global ), y la calefacción de hogares y lugares de trabajo representa el 75% de estos 20%, entonces el 15% del total.
Este impacto está en parte bajo el control de las personas: todos pueden regular la temperatura en su hogar como lo deseen y, por lo tanto, pueden decidir limitar su impacto personal. Bajar la temperatura en 1 ° C reduce el consumo entre un 7 y un 10%.
Esta temperatura de 19 ° C también es superior a las recomendaciones médicas (de antaño): 16 a 17 ° C en oficinas y aulas.
La elección de la fuente de energía para calefacción tiene un impacto ambiental: combustible fósil o energía renovable , con o sin emisiones de gases de efecto invernadero . La calefacción eléctrica, en comparación con el gas, emite algo menos en Francia (180 g de CO 2/ kWh frente a 195), y tres veces más emisor en Europa ( 500 a 600 frente a 195).
La calefacción no solo tiene un impacto ambiental en las emisiones de gases de efecto invernadero, también puede tener un impacto en la salud. Este es particularmente el caso de las emisiones de material particulado de los métodos de calefacción basados en la combustión de combustibles fósiles o renovables. En Francia continental, la calefacción de madera es el principal emisor de partículas finas ( Modelo: PM25 ) y el mayor emisor de partículas muy finas ( Modelo: PM10 ), las más peligrosas para la salud. También es un importante emisor de compuestos tóxicos o cancerígenos como los HAP ( hidrocarburos aromáticos policíclicos ) y el benceno , transportados ellos mismos por estas partículas (fuente Citepa ). Es objeto de especial atención por parte del “Plan de Partículas”, integrado en la segunda versión del Plan Nacional de Salud y Medio Ambiente (PNSE 2). El desarrollo de la dendroenergía en el marco de la promoción de las energías renovables suscita de hecho temores de un agravamiento de la contaminación por partículas (y lo que transmiten). Por tanto, es importante no confundir las energías renovables y las energías limpias.
Los comerciantes presentan las bombas de calor (CAP) como un medio de calefacción respetuoso con el medio ambiente. Debemos distinguir: bomba de calor aire / aire o aire / agua: las calorías se transfieren temporalmente del exterior a la casa mediante la electricidad. Bomba de calor geotérmica: si se trata de energía geotérmica profunda, la transferencia de calorías del subsuelo a la atmósfera a través de la casa se acelera con electricidad. Si es geotermia de superficie, es energía solar diferida con electricidad. Entonces, además de la mayor eficiencia de la energía geotérmica , podemos considerar que el mayor impacto ecológico lo provoca la energía geotérmica profunda, y que las bombas de calor son una forma de calefacción eléctrica con eficiencia mejorada. Por tanto, el punto esencial es el de la fuente de corriente eléctrica utilizada.
La energía geotérmica puede contaminar las aguas subterráneas en caso de una fuga o rotura de tuberías que contienen fluidos de transferencia de calor.
Si estas máquinas se instalan en el exterior, pueden causar una molesta contaminación acústica para uno mismo o para el vecindario (¡que no se beneficia de ningún beneficio a cambio!). La bomba Viessmann mencionada anteriormente produce 70 dB a la salida, otros anuncian varias cifras, a menudo en diferentes condiciones: a 1 m , a 5 m , a 10 m . Hay que tener en cuenta que la bomba funcionará día y noche, de forma intermitente, y que por la noche hasta 40 dB es una molestia. También emite sonidos de baja frecuencia (ventiladores) que pueden atravesar el aislamiento y el doble acristalamiento. Finalmente, el nivel de ruido real puede ser muy diferente del valor de catálogo.
Los sistemas de calefacción que utilizan energía solar térmica utilizan energía radiante del sol para generar calor. Luego, los paneles solares capturan la energía del sol y calientan un líquido de transferencia de calor, que luego circula en la red de calefacción. Existen diferentes tecnologías de colectores solares, más o menos eficientes: